研究人員為新型太陽(yáng)能電池的發(fā)展制定了路線(xiàn)圖

被稱(chēng)為鈣鈦礦的材料顯示出新一代太陽(yáng)能電池的巨大潛力，但在一個(gè)以硅為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池占主導(dǎo)地位的市場(chǎng)上，鈣鈦礦很難獲得吸引力?，F(xiàn)在，麻省理工學(xué)院和其他地方的研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)研究，為這項(xiàng)有前途的技術(shù)如何從實(shí)驗(yàn)室走向全球太陽(yáng)能市場(chǎng)的重要位置繪制了路線(xiàn)圖。

“技術(shù)經(jīng)濟(jì)”分析顯示，通過(guò)從價(jià)值更高的利基市場(chǎng)開(kāi)始，并逐步擴(kuò)大規(guī)模，太陽(yáng)能電池板制造商可以避免非常高昂的初始資本成本，而這些成本將使基于鈣鈦礦的電池板在一開(kāi)始就能在大規(guī)模公用事業(yè)規(guī)模的安裝中與硅直接競(jìng)爭(zhēng)。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，與其進(jìn)行昂貴得令人望而卻步的數(shù)億甚至數(shù)十億美元的初始投資，來(lái)建造一個(gè)用于大規(guī)模生產(chǎn)的工廠，還不如從更專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用程序開(kāi)始，為更現(xiàn)實(shí)的初始資本投資(大約4000萬(wàn)美元)。

麻省理工學(xué)院博士后Ian Mathews、研究科學(xué)家Marius Peters、機(jī)械工程教授Tonio Buonassisi，以及麻省理工學(xué)院、Wellesley學(xué)院和Swift Solar公司的其他五位教授在《焦耳》雜志上發(fā)表了一篇論文，描述了這些結(jié)果。

以鈣鈦礦為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池——一種以分子結(jié)構(gòu)的某種排列為特征的廣泛的化合物——可以極大地改善太陽(yáng)能裝置。它們的組成材料很便宜，可以像打印報(bào)紙一樣采用卷到卷的方式生產(chǎn)，并打印在輕巧靈活的基材上。這將大大降低與運(yùn)輸和安裝相關(guān)的成本，盡管它們?nèi)匀恍枰M(jìn)一步的工作來(lái)提高耐久性。世界各地的實(shí)驗(yàn)室也在開(kāi)發(fā)其他有前途的新型太陽(yáng)能電池材料，但還沒(méi)有一種材料進(jìn)入市場(chǎng)。

馬修斯說(shuō):“近年來(lái)，出現(xiàn)了許多新的太陽(yáng)能電池材料和公司。然而，盡管如此，硅仍然是該行業(yè)的主導(dǎo)材料，幾十年來(lái)一直如此?！?/p>

為什么會(huì)這樣呢?“人們總是說(shuō)，阻礙新技術(shù)發(fā)展的因素之一是，建造大型工廠來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)這些系統(tǒng)的成本實(shí)在太高了，”他說(shuō)?！皩?duì)一家初創(chuàng)公司來(lái)說(shuō)，要跨越所謂的‘死亡之谷’，籌集到所需的數(shù)千萬(wàn)美元，以達(dá)到這項(xiàng)技術(shù)在更廣泛的太陽(yáng)能行業(yè)可能有利可圖的規(guī)模，是很困難的?！?/p>

但是，在許多更加專(zhuān)業(yè)化的太陽(yáng)能電池應(yīng)用中，鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池的特殊品質(zhì)，如重量輕、靈活性和透明性，將提供一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)，Mathews說(shuō)。通過(guò)最初關(guān)注這些市場(chǎng)，一家初創(chuàng)的太陽(yáng)能公司可以逐步擴(kuò)大規(guī)模，隨著時(shí)間的推移，利用來(lái)自?xún)?yōu)質(zhì)產(chǎn)品的利潤(rùn)來(lái)擴(kuò)大其生產(chǎn)能力。

在描述各個(gè)實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)發(fā)的基于鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池的文獻(xiàn)時(shí)，他說(shuō)，“他們聲稱(chēng)成本非常低。但是一旦你的工廠達(dá)到一定規(guī)模，他們就會(huì)提出索賠。我想，我們以前見(jiàn)過(guò)這種情況——人們聲稱(chēng)一種新的光電材料將比其他所有材料更便宜，而且比其他所有材料更好。這很好，除了我們需要一個(gè)計(jì)劃，關(guān)于我們?nèi)绾螌?shí)際獲得材料和技術(shù)的規(guī)模?！?/p>

他說(shuō)，作為一個(gè)起點(diǎn)，“我們采用了一種我從未見(jiàn)過(guò)其他人采用的方法:讓我們把制造這些模塊的成本作為規(guī)模函數(shù)來(lái)建模。”如果一個(gè)小工廠只有10個(gè)人，你需要賣(mài)多少才能盈利?一旦達(dá)到規(guī)模，你的產(chǎn)品會(huì)變得多便宜?”

他說(shuō)，分析證實(shí)，試圖直接進(jìn)入屋頂太陽(yáng)能或公用事業(yè)規(guī)模的太陽(yáng)能裝置市場(chǎng)，將需要非常大的前期資本投資。但是“我們研究了人們?cè)谖锫?lián)網(wǎng)或建筑一體化光伏市場(chǎng)上可能獲得的價(jià)格。人們通常在這些市場(chǎng)上支付更高的價(jià)格，因?yàn)樗鼈兪歉鼘?zhuān)業(yè)化的產(chǎn)品。如果你的產(chǎn)品是靈活的，或者模塊適合建筑外殼，他們會(huì)多付一些錢(qián)。”其他潛在的利基市場(chǎng)包括自供電微電子設(shè)備。

這樣的申請(qǐng)將使進(jìn)入市場(chǎng)成為可能，而不需要大量的資本投資。他表示:“如果你這樣做，你需要投資于公司的資金就會(huì)少得多，只有幾百萬(wàn)美元，而不是幾千萬(wàn)或幾億美元，這就能讓你更快地發(fā)展成一家盈利的公司?！?/p>

馬修斯說(shuō):“這是他們證明自己技術(shù)的一種方式，既可以是技術(shù)上的，也可以是通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)和銷(xiāo)售一種產(chǎn)品，并確保它能在該領(lǐng)域生存下來(lái)。而且，這只是為了證明你可以在一定的價(jià)格水平上進(jìn)行生產(chǎn)。”

他指出，已經(jīng)有幾家初創(chuàng)公司在努力將鈣鈦礦太陽(yáng)能電池推向市場(chǎng)，盡管它們還沒(méi)有真正的產(chǎn)品可供銷(xiāo)售。他說(shuō)，這兩家公司采取了不同的方法，其中一些似乎正在采取本研究中概述的那種按部就班的增長(zhǎng)方法?！翱赡芑I集到最多資金的公司是一家名為Oxford PV的公司，他們正在研究串聯(lián)電池，”這種電池結(jié)合了硅和鈣鈦礦電池，以提高整體效率。另一家公司是由Joel Jean博士創(chuàng)辦的?！?7(他也是這篇論文的合著者)和其他一些人，叫做Swift Solar，他們正在研究柔性鈣鈦礦。有一家名為Saule Technologies的公司，致力于可打印的鈣鈦礦。

馬修斯說(shuō)，研究小組在研究中使用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法可以廣泛應(yīng)用于其他與能源相關(guān)的新技術(shù)，包括可充電電池和其他存儲(chǔ)系統(tǒng)，或其他類(lèi)型的新型太陽(yáng)能電池材料。

他表示:“許多科學(xué)論文和學(xué)術(shù)研究關(guān)注的是，一旦一項(xiàng)技術(shù)達(dá)到規(guī)模，制造它的成本是多少?！薄暗苌儆腥苏嬲P(guān)注在非常小的規(guī)模下成本是多少，以及影響規(guī)模經(jīng)濟(jì)的因素是什么?”我認(rèn)為很多技術(shù)都可以做到這一點(diǎn)，這將幫助我們加速創(chuàng)新從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)的過(guò)程?！?/p>